روش فیلتراسیون غشایی در تصفیه فاضلاب | شرکت شاران صنعت

روش فیلتراسیون غشایی در تصفیه فاضلاب

روش فیلتراسیون غشایی در تصفیه فاضلاب

روش فیلتراسیون غشائی در تصفیه فاضلاب شامل جداسازی یا حذف مواد دانه ای و کلوئیدی از فاز مایع است. فرآیند فیلتراسیون غشائی درتصفیه فاضلاب بخشی از مواد محلول با اندازه بین μm 0/1- 0001/0 را نیز در بر می گیرد. غشاء بعنوان مانعی بین فازهای مختلف عمل کرده و برخی مواد را از خود عبور داده و عبور برخی دیگر را محدود می کند. فرآیند فیلتراسیون غشائی بمنظور جداسازی گونه های مولکولی و یونی در تصفیه فاضلاب کاربرد دارد[۱], [۲].

 

انواع روش های فیلتراسیون غشائی در تصفیه فاضلاب

روش فیلتراسیون غشائی در تصفیه فاضلاب به میکروفیلتراسیون (MF)، اولترافیلتراسیون (UF)، نانوفیلتراسیون (NF)، اسمز معکوس (RO) و دیالیز و الکترودیالیز (ED) طبقه بندی می شود. مشخصات کلی انواع فرآیند فیلتراسیون غشائی در جدول ۱ تشریح شده است. همچنین می توان فرآیند فیلتراسیون غشائی در تصفیه فاضلاب را برمبنای (۱) نوع مواد سازنده غشاء، (۲) نیروی محرک، (۳) مکانیزم جداسازی و (۴) اندازه اسمی جداسازی صورت گرفته طبقه بندی کرد.

 

جدول ۱. مشخصات کلی انواع فرآیند­ فیلتراسیون غشائی در تصفیه فاضلاب[۱]

فرآیند فیلتراسیون غشائی نیروی محرکه غشاء مکانیزم جداسازی ساختار عامل (اندازه حفرات) دامنه کاربرد، توصیف جریان نفوذی[۱] مواد حذف شده
میکروفیلتراسیون اختلاف فشار هیدرواستاتیک یا خلاء در مجاری باز سرند[۲] Macropores () ۰۸/۰- ۰/۲ آب + مواد محلول TSS، کدورت، تک­یاخته­ها، کیست­ها، باکتری­ها و ویروس­ها
اولترافیلتراسیون اختلاف فشار هیدرواستاتیک سرند Mesopores

( ۵۰- ۲)

۰۰۵/۰- ۲/۰ آب + مولکول­های کوچک ماکرومولکول­ها، کلوئیدها، پروتئین­ها، اغلب باکتری­ها و ویروس­ها
نانوفیلتراسیون اختلاف فشار هیدرواستاتیک یرند+ محلول/ انتشار[۳] + دفع[۴] Micropores

()

۰۰۱/۰- ۰۱/۰ آب + مولکول­های کوچک، یون محلول مولکول­های کوچک، بخشی از سختی و ویروس­ها
اسمز معکوس اختلاف فشار هیدرولیکی محلول/ انتشار + دفع متراکم

()

۰۰۰۱/۰- ۰۰۱/۰ آب + مولکول­های بسیار کوچک، یون محلول مولکول­های بسیار کوچک، رنگ، سختی، سولفات­ها، نیترات، سدیم، سایر یون­ها
دیالیز اختلاف غلظت انتشار Mesopores

( ۵۰- ۲)

آب + مولکول­های کوچک ماکرومولکول­ها، کلوئیدها، پروتئین­ها، اغلب باکتری­ها و ویروس­ها
الکترودیالیز نیروی محرکه الکتریکی تعویض یونی با غشاهای گزینشی Micropores

()

آب + یون محلول نمک­های یونیزه شده

 

غشاها از مواد مختلف آلی و غیرآلی مانند پلی پروپیلن، استات سلولز، پلی آمیدهای آروماتیک و ترکیبات لایه نازک (TFC ) ساخته می شود. نوع غشاء و شکل سیستم فرآیند فیلتراسیون غشائی در تصفیه فاضلاب برمبنای به حداقل رساندن گرفتگی و تخریب غشاء انتخاب می شود. اندازه اسمی حفرات و وزن مولکولی (MWAC ) توانایی حذف غشاء را تعیین می کنند. اندازه، شکل ذرات و بارالکتریکی و قطبیت آلاینده نیز بر میزان حذف آن در فرآیند فیلتراسیون غشائی در تصفیه فاضلاب موثر است (شکل ۱). جداسازی ذرات در MF و UF از طریق سرند شدن صورت می گیرد. در NF و RO ذرات ریز توسط لایه آب جذب شده بر سطح غشاء (غشاء متراکم) دفع می شوند. گونه های یونی می توانند با انتشار از میان حفرات از غشاء عبور کنند[۲], [۳].

 

شکل 1. مقایسه اندازه ذرات آلاینده موجود در فاضلاب و دامنه بهره برداری فرآیند فیلتراسیون غشائی در تصفیه فاضلاب[3]

شکل ۱. مقایسه اندازه ذرات آلاینده موجود در فاضلاب و دامنه بهره برداری فرآیند فیلتراسیون غشائی در تصفیه فاضلاب[۳]

بهره برداری سیستم فرآیند فیلتراسیون غشائی در تصفیه فاضلاب

روش فیلتراسیون غشائی در تصفیه فاضلاب از پمپی جهت ایجاد فشار در محلول تغذیه و چرخش آن استفاده می کند. فشار جریان تغلیظی نیز توسط شیری حفظ می شود و جریان نفوذی در فشار اتمسفر تخلیه می شود. با تجمع آلاینده ها بر روی غشاء و گرفتگی غشاء ، فشار در سمت تغذیه افزایش، شار عبوری کاهش و درصد دفع نیز کاهش می یابد. با کاهش عملکرد فرآیند فیلتراسیون غشائی به سطح مشخص، مدول غشاء از دور خارج شده و تحت Backwash ویا پاکسازی شیمیایی قرار می گیرد[۱]. شکل ۲ مدول های معمول بهره برداری فرآیند فیلتراسیون غشائی در تصفیه فاضلاب را نشان می دهند.

شکل 2. مدول معمول بهره برداری از فرآیند¬ فیلتراسیون غشائی: (a) نانوفیلتراسیون، (b) فرآیند ترکیبی MF، UF و RO

شکل ۲. مدول معمول بهره برداری از فرآیند فیلتراسیون غشائی: (a) نانوفیلتراسیون، (b) فرآیند ترکیبی MF، UF و RO

 

کاربردهای روش فیلتراسیون غشائی در تصفیه فاضلاب

در سال های اخیر کاربرد فرآیند فیلتراسیون غشائی در تصفیه فاضلاب افزایش چشمگیری داشته است. جدول ۲ کاربردهای معمول روش فیلتراسیون غشائی در تصفیه فاضلاب را ارائه می کند. جدول ۳ و شکل ۳ توانایی غشاهای مختلف در حذف مواد را مقایسه می کنند[۳].

میکروفیلتراسیون: غشاء میکروفیلتراسیون پرکاربردترین و ارزانترین فرآیند فیلتراسیون غشائی در تصفیه فاضلاب محسوب می شود. در حال حاضر استفاده از این فرآیند فیلتراسیون غشائی در تصفیه بیولوژیک و در فرآیندهای MBR از اهمیت بالایی برخوردار است. از میکروفیلتراسیون بمنظور کاهش کدورت، حذف مواد معلق باقیمانده و کاهش میکروارگانسیم ها پیش از واحد گندزدایی و در مرحله پیش تصفیه غشاء اسمز معکوس استفاده می شود.

اولترافیلتراسیون: کاربردهای غشاء اولترافیلتراسیون بسیار مشابه میکروفیلتراسیون است. البته این روش فیلتراسیون غشائی در تصفیه فاضلاب قادر به حذف برخی ترکیبات با وزن مولکولی بالا مانند کلوئیدها، پروتئین ها و کربوهیدرات ها است، اما قادر به حذف شکر و نمک نمی باشد. بزرگترین اختلاف UF و MF در توانایی غشاء اولترافیلتراسیون در حذف ویروس ها است. اصلیترین کاربرد فرآیند فیلتراسیون غشائی اولترافیلتراسیون در صنعت، تولید آب فرآیند شستشو با خلوص بالاست.

نانوفیلتراسیون: نانوفیلتراسیون که به RO فشار پایین نیز مشهور است، قادر به حذف ذراتی با اندازه μm 001/0 است. این غشاء جهت حذف مواد محلولی مانند یون های چند ظرفیتی عامل سختی بکار می رود. مزیت این فرآیند فیلتراسیون غشائی در تصفیه فاضلاب در رفع سختی آهکی، تولید آبی است که الزامات سختگیرانه کیفیتی آب جهت استفاده مجدد را برآورده می کند. بدلیل حذف مواد آلی و معدنی، باکتری ها و ویروس ها، مقدار گندزدایی مورد استفاده به حداقل می رسد.
اسمز معکوس: فرآیند فیلتراسیون غشائی اسمز معکوس بطور گسترده در نمکزدایی کاربرد دارد. در تصفیه فاضلاب، RO بمنظور حذف مواد محلول موجود در پساب تصفیه پیشرفته پس از فیلتراسیون عمیق و میکروفیلتراسیون بکار گرفته می شود. این فرآیند فیلتراسیون غشائی در تصفیه فاضلاب قادر به حذف یون ها است، اما بمنظور یون زدایی از آب به فشار بالایی نیازمند است.

 

جدول ۲. کاربردهای روش فیلتراسیون غشائی در تصفیه فاضلاب[۳]

کاربرد ملاحظات
میکروفیلتراسیون و اولترافیلتراسیون
تصفیه بیولوژیک هوازی روش فیلتراسیون غشائی در جدا کردن فاضلاب تصفیه شده و توده بیولوژیکی فعال در فرآیند لجن فعال کاربرد دارد. غشاء را می توان بطور مستغرق درون راکتور ویا بیرون از آن تعبیه کرد (MBR).
تصفیه بیولوژیک بی هوازی در راکتورهای بی هوازی اختلاط کامل، جداسازی فاضلاب تصفیه­ شده و توده بیولوژیک توسط فرآیند فیلتراسیون غشائی انجام می شود.
تصفیه بیولوژیک غشاء هوادهی غشاهای صفحه و قاب، لوله ای و توخالی بمنظور تامین اکسیژن خالص به توده چسبنده در بخش خارجی غشاء کاربرد دارد (MBR).
تصفیه بیولوژیک غشاء استحصالی از روش فیلتراسیون غشائی در تصفیه فاضلاب بمنظور استحصال مولکول های آلی تجزیه پذیر از ترکیبات غیرآلی مانند اسید­ها، بازها و نمک ها درون جریان فاضلاب و تصفیه بیولوژیک آن ها استفاده می شود (EMBR).
پیش تصفیه بمنظور گندزدایی موثر جهت حذف مواد جامد معلق از پساب ته نشینی یا پساب فیلتر­های عمیق و سطحی و دستیابی به گند­زدایی مناسب و استفاده مجدد بکار می رود.
پیش­تصفیه جریان نانوفیلتراسیون و اسمز معکوس میکروفیلترها به عنوان پیش­تصفیه فرآیند­های اضافی و حذف کلوئیدها و جامدات معلق باقیمانده مورد استفاده قرار می گیرند.
نانوفیلتراسیون
استفاده مجدد از پساب در تصفیه پساب فیلترشده (معمولاً در میکروفیلتراسیون) بمنظور استفاده مجدد در مصارف شرب غیرمستقیم مانند تزریق در آب زیرزمینی کاربرد دارد. در نانوفیلتراسیون گندزدایی نیز رخ می دهد.
رفع سختی فاضلاب در کاهش غلظت یون های چند ظرفیتی عامل سختی و استفاده مجدد بکار می­رود.
اسمز معکوس
استفاده مجدد از پساب در تصفیه پساب فیلترشده (معمولاً در میکروفیلتراسیون) بمنظور استفاده مجدد در مصارف شرب غیرمستقیم مانند تزریق در آب زیرزمینی کاربرد دارد. در اسمز معکوس گندزدایی نیز رخ می دهد.
توزیع پساب فرآیند فیلتراسیون غشائی اسمز معکوس توانایی حذف مقدار زیادی از ترکیبات خاص مانند NDMA را داراست.
تصفیه دو مرحله­ای در دیگ های بخار از فرآیند فیلتراسیون غشائی اسمز معکوس دو مرحله­ای جهت تولید آب مناسب در دیگ های بخار فشار بالا استفاده می شود.

 

جدول ۳. کاربرد روش فیلتراسیون غشائی در فاضلاب[۳]

مواد موجود در فاضلاب فرآیند فیلتراسیون غشائی ملاحظات
MF UF NF RO
مواد آلی قابل تجزیه بیولوژیک ü ü ü
سختی ü ü
فلزات سنگین ü ü
نیترات ü ü
آلاینده های آلی دارای اواویت ü ü ü
ترکیبات آلی مصنوعی ü ü
TDS ü ü
TSS ü ü TSS در پیش تصفیه غشاء NF و RO حذف می شود.
باکتری ü ü ü ü مورد استفاده در غشاء گندزدایی. در پیش تصفیه غشاهای NF و RO توسط MF یا UF حذف می شود.
کیست و اوکسیت های پروتزا ü ü ü ü
ویروس­ها ü ü مورد استفاده در غشاء گندزدایی

 

 

شکل 3. مقایسه مواد عبوری از انواع مختلف فرآیند فیلتراسیون غشائی در تصفیه فاضلاب

شکل ۳. مقایسه مواد عبوری از انواع مختلف فرآیند فیلتراسیون غشائی در تصفیه فاضلاب

 

الکترودیالیز: الکترودیالیز فرآیند فیلتراسیون غشائی جداسازی الکتروشیمیایی است که در آن نمک های معدنی و یون ها از میان غشاهای گزینش یونی از محلولی به محلول دیگر منتقل می شوند. نیروی محرکه این فرآیند فیلتراسیون غشائی در تصفیه فاضلاب پتانسیل الکتریکی جریان مستقیم (DC ) است. نکته کلیدی الکترودیالیز، غشاهای گزینش یونی است که از جنس رزین های تبادل یونی ساخته می شوند. غشاهای تبادل یونی که اجازه عبور یون های مثبتی مانند سدیم و پتاسیم را می دهند غشاء کاتیونی و غشاهای تبادل یونی که اجازه عبور یون های منفی مانند کلر و فسفات را می دهند غشاء آنیونی می نامند. در فرآیند فیلتراسیون غشائی الکترودیالیز غشاهای کاتیونی و آنیونی بطور متناوب درون یک مجموعه قرار می گیرند. الکترود مثبت (آنود) در یک سمت این بسته و الکترود منفی (کاتد) در سمت دیگر آن تعبیه می شود (شکل ۴). با اعمال جریان مستقیم، پتانسیل الکتریکی ایجاد شده به نیروی محرکه حرکت یون ها تبدیل می شود درحالی که غشاها مانع عبور یون هایی با بار مخالف هستند. بنابر این آنیون هایی که به سمت آند حرکت می کنند از غشاهای آنیونی عبور می کنند اما در اولین برخورد با غشاء کاتیونی متوقف می شوند. به همین منوال کاتیون هایی که به سمت کاتد در حرکت اند از غشاهای کاتدی عبور کرده اما پشت اولین غشاء آنیونی متوقف می شوند. به این ترتیب، غشاها بخش های رقیق یونی و تغلیظ یونی شکل می دهند. مقدار جامدات حذف شده بر اساس (۱) دمای فاضلاب، (۲) جریان الکتریکی عبوری، (۳) نوع و مقدار یون ها، (۴) نفوذ گزینشی غشاء، (۵) پتانسیل گرفتگی و پوسته شدن فاضلاب، (۶) نرخ جریان فاضلاب و (۷) تعداد و شکل مراحل فرآیند فیلتراسیون غشائی، متغیر است. بخشی از جریان تغلیظی بمنظور حفظ نرخ جریان و فشار بر هر دو سطح غشاء به این سیستم فرآیند فیلتراسیون غشائی در تصفیه فاضلاب بازگردانده می شود. همچنین جهت حفظ pH پایین و به حداقل رساندن پدیده پوسته شدگی، به جریان تغلیظی بازگشتی اسید سولفوریک اضافه می شود. همچنین جهت شستشوی دائم غشاء به اضافه کردن حدود ۱۰ درصد آب به جریان ورودی نیاز است[۱], [۳].

در روش فیلتراسیون غشائی الکترودیالیز معکوس با تغییر دوره­ای قطب­ها، جریان تغلیظی و رقیق جایگزین یکدیگر می شوند. به این ترتیب فرآیند پیوسته پاکسازی ایجاد خواهد شد و با عبور آب پاک از بخش­هایی از سیستم فیلتراسیون غشائی که پیشتر با فاضلاب تغلیظی پر شده بودند، کلیه گرفتگی ها و پوسته شدگی ها برطرف می گردد. تخلیه آب پاک از این فرآیند فیلتراسیون غشائی برای مدت کوتاهی پس از هر عمل معکوس سازی متوقف می شود. این روش در حذف پوسته ها، لجن و سایر مواد تجمع یافته در این فرآیند فیلتراسیون غشائی مناسب است.

[۱] Permeate

[۲] Sieve

[۳] Solution/duffusion

[۴] exclusion

[۵] Thin-Film Composite

[۶] Molecules Weight Cut-Off

[۷] Membrane Fouling

[۸] Flux

[۹] Direct Current

 

مراجع

مراجع

 

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *